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Die Zukunft der medizinischen Visualisierung
Medizinische Visualisierung ist die Verwendung von Computern, um 3D-Bilder aus medizinischen Bildgebungsdatensätzen zu erstellen. Es ist ein relativ junges Wissenschaftsgebiet, das in Bezug auf seine Leistung stark auf Fortschritte in der Computertechnik angewiesen ist.
Trotz ihrer Jugend haben diese Techniken die Medizin revolutioniert. Ein Großteil der modernen Medizin verlässt sich auf die 3D-Bildgebung, die mit Magnetresonanztomographen und Computertomographen (CT) möglich ist, die aus 2D-Schnitten 3D-Bilder machen. Fast alle Operationen und Krebsbehandlungen in den Industrieländern beruhen darauf.
Eine interessante Frage ist also, wohin uns die medizinische Visualisierung als nächstes führen wird. Heute machen Charl Botha vom Leiden University Medical Center in den Niederlanden und ein paar Freunde einen kurzen Rundgang durch die Geschichte der medizinischen Visualisierung und werfen ein Licht auf die Zukunft dieses faszinierenden Gebiets.
Der vielleicht wichtigste Faktor bei der medizinischen Visualisierung ist die Art und Weise, wie die Daten erfasst werden, und hier sind zahlreiche Fortschritte in der Pipeline.
In den letzten fünf Jahren sind kommerzielle CT-Scanner auf den Markt gekommen, die fünf 320 Schichtvolumina in einer einzigen Sekunde aufnehmen können. Das ist schnell genug, um 3D-Videos eines schlagenden Herzens zu erstellen.
Es gibt auch verschiedene neue Diffusionsbildgebungsverfahren, die die Diffusion von Wasser durch den Körper aufdecken. Das ist wichtig, weil Wasser dazu neigt, sonst schwer einsehbaren Strukturen wie Nervenbündeln und Muskelfasern zu folgen. Bilder dieser Strukturen eröffnen wichtige neue Studiengebiete in den Neurowissenschaften und der Biomechanik.
Dann gibt es die bildgebenden Verfahren, die auf der Ebene von Molekülen und Genen arbeiten. Ihr großes Potenzial liegt darin, dass sie krankhafte Prozesse am Arbeitsplatz aufdecken können, lange bevor sie sich in größerem Maßstab, zum Beispiel in Form von Tumoren, bemerkbar machen.
Das Sammeln der Daten ist natürlich nur ein Teil der Herausforderung. Es ist auch sehr schwierig, es visuell so darzustellen, dass es die effektivste Analyse ermöglicht, aber auch hier gab es enorme Fortschritte.
Eine der spektakulärsten ist die topologische Darstellung medizinischer Daten, also die Darstellung der Oberflächen von Objekten. Das macht es möglich, die Formen von Organen leichter zu sehen und Eingriffe wie Operationen zu planen.
Darüber hinaus ermöglichen neueste Bildverarbeitungstechniken das Hinzufügen realistischer Lichteffekte, um fotorealistische Bilder zu erzeugen. Darüber hinaus können hyperrealistische Bilder zeigen, was sich unter bestimmten Schichten befindet. Die Bilder oben auf dieser Seite sind aktuelle Beispiele dafür.
Diese Art von Bildern ist für die rekonstruktive Chirurgie von entscheidender Bedeutung, aber eine große Herausforderung für die Zukunft und Gegenstand vieler aktueller Forschungen besteht darin, Bilder des möglichen Ergebnisses von Eingriffen zu erstellen, die das Ergebnis der Operation zeigen.
Ein weiterer Bereich mit wachsender Bedeutung ist die Visualisierung von Multisubjektdatensätzen. Dabei geht es darum, Bilder einer bestimmten Erkrankung von vielen unterschiedlichen Patienten aufzunehmen und diese so zu kombinieren, dass beispielsweise der Krankheitsverlauf oder die Unterschiede zwischen verschiedenen Bevölkerungsgruppen sichtbar werden. Offensichtlich sind die Herausforderungen hier vielfältig.
Das letzte Stück in diesem Puzzle ist die Art und Weise, wie Mediziner Bilder betrachten, und dies ändert sich wieder einmal rasant. Die Technologie, die diesen Wandel vorantreibt, ist im Wesentlichen das iPad.
Es ist leicht zu vergessen, dass dieses Gerät erst 2010 in den Handel kam, praktisch gestern in der Zeitleiste der medizinischen Visualisierungstechnologie. Und doch hat es die Art und Weise, wie viele Ärzte auf Bilder zugreifen und mit ihnen interagieren, bereits verändert, nicht zuletzt, weil es sie von Schreibtischcomputern befreit.
Natürlich gibt es verschiedene Probleme mit dem Datenschutz, aber es ist fair zu sagen, dass die Zukunft der medizinischen Visualisierung fest mit Schiefergeräten verbunden ist.
Ein Bereich, den Botha und Co in Zukunft nicht abdecken werden, sind die Kosten dieser bildgebenden Verfahren und wie sie billiger gemacht werden können. Das ist ein unverzeihliches Versäumnis, aber vielleicht ein Spiegelbild der engen Ausrichtung der Medizin im 21. Jahrhundert.
Viele der Techniken, die Botha und Co. beschreiben, stehen nur dem reichsten 1 Prozent der Weltbevölkerung zur Verfügung. Für die anderen 99 Prozent sind diese Techniken im Wesentlichen Science-Fiction.
Das ist eindeutig inakzeptabel. Die größte Herausforderung von allen besteht darin, Möglichkeiten zu finden, leistungsstarke medizinische Visualisierungstechniken billig genug für alle bereitzustellen.
Ref: arxiv.org/abs/1206.1148 : Vom Individuum zur Bevölkerung: Herausforderungen in der medizinischen Visualisierung